一种过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法

技术领域

本发明属于玉米关联产品加工相关技术领域，更具体地说，特别涉及一种过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法。

背景技术

目前，玉米淀粉厂每加工一吨玉米生产淀粉乳，需排放污水0.6-1.0吨，污水(玉米生产淀粉乳生产过程中所产生的污水)需经沉淀分离法、化学絮凝法、单纯曝气法、生物处理法(活性污泥法、厌氧生物法、生物膜法、生物塘等)、膜分离技术、光合细菌法等方法的处理后才能达到排放标准。

玉米淀粉生产过程所产生的污水排放，并非因为生产过程水的水质不能满足过程循环套用要求，而是因为淀粉生产中淀粉精制的最后一道工序即十二级旋流洗涤需要充入大量的新鲜水，新鲜水的充入量要大于生产排出水增量，这就造成整个淀粉生产车间的生产系统过程套用循环水量不平衡，所以被迫排出一部分生产过程水以维持生产过程的水平衡。这就给了我们一个新的解决方向，就是在生产过程从源头消除污水的产生和排放，而不是将排放的污水通过治理和纯化达标再返回生产线使用。

在现有技术中，以日玉米破碎量1000吨生产淀粉乳为例，经统计：玉米(水分14％)带入水为140吨；DS44％折商淀粉乳700吨带出水约为700×0.86÷0.44－700×0.86＝766吨；副产品(喷浆纤维、烘干胚芽和蛋白粉)中平均水分约10％，270吨副产品带出水约为27吨；废热(管束烘干的的尾汽)用于驱动玉米浸泡水蒸发浓缩成玉米浆的过程中，因废热不可能完全利用而随废热中不凝气(尾风空气)挥发带走的水约40吨；这样生产排出水总量约为766+27+40＝833吨，因此生产排出水增量＝833－140＝693吨，然而淀粉生产的最后一道工序十二级旋流洗涤工序的新鲜水充入量约为1300吨，新鲜水的充入量要比生产排出水增量693吨大，约多出607吨，也就是说生产过程中每天需要排出约607吨生产过程水才能够达成生产过程中的水平衡。

所以要想达成水平衡以实现玉米淀粉生产废水零排放，不外乎三种方法，以下逐一论述：

第一种是将生产中排出的约607吨多余的生产过程水经生物、物理或化学方法的处理后再纯化到水质合格返回十二级旋流洗涤工序替代部分新鲜水。现在玉米淀粉行业全部都是采用这个方法通过污水处理站来对这约607吨多余的生产过程水进行处理，只不过处理后得到的水仅仅达到排放标准而排放，无法实现返回十二级旋流洗涤工序替代部分新鲜水利用进而实现玉米淀粉生产零排放，原因是虽经高代价处理仍无法满足十二级旋流洗涤工序用水水质的要求，而且即便达到用水水质的要求，污水站治理纯化水返回食品生产线也无法通过食品安全和职业道德伦理的论证。所以这种方法不可行也行不通。

第二种方法是降低十二级旋流洗涤工序的新鲜水充入量，由1300吨降低到693吨减少607吨。理论上通过增加非常多的级数或者发明出更加高效的低水耗洗涤设备可以实现，但需同时解决经济性(即电耗不能大幅度升高)和装备研发制造的难点。这种方法具有理论上的可行性，但目前行业尚未有思路和方法，通过全行业努力，未来可能实现。

第三种方法，也就是本发明所提的方法，生产过程水中取出一部分来进行纯化处理，获得607吨纯化水，来部分替代十二级旋流洗涤工序的新鲜水充入量，其充入量就由1300吨降低到了693吨，693吨洗涤水加607吨纯化水仍然是1300吨用于十二级旋流洗涤工序，既能保障洗涤后淀粉乳的质量，又达成了玉米淀粉生产不排放废水状态下的水平衡。也就是从过程中取出了607吨水，不是取出来送去污水站治理，而是去到了十二级旋流洗涤工序部分替代充入的新鲜水，相当于十二级旋流洗涤充入的新鲜水减少了607吨，不再需要取出水送去污水站治理也实现了玉米淀粉生产过程的水平衡。这样就能在生产过程从源头消除污水的产生和排放，因而不再需要排放污水，实现玉米淀粉生产的废水零排放。本发明方法之所以是可行并且可以落实实施，正是因为找到一种很好的纯化方法，既能够经济上合算，过程水纯化后得到的纯化水又能够满足十二级旋流洗涤工序洗涤淀粉乳的水质要求。本发明权利要求所描述的纯化方法，过程水取水点选择非常合理，纯化流程简洁高效代价低，在保障纯化水水质能够满足要求的同时，经济上也非常合算有所获。本发明人已经进行了中试验证，中试验证获得的纯化水水质较为理想。

有的玉米淀粉生产线，部分或全部生产烘干商品淀粉，其淀粉乳不是全部直接送到淀粉糖车间生产淀粉糖，而是部分或全部经卧式刮刀虹吸离心机离心分离后获得湿淀粉，湿淀粉再经气流烘干获得商品干淀粉。这种情况，湿淀粉带走的水量小于淀粉乳带走的水分，则采用本发明方法只能实现大幅度减排而并不能完全实现零排放，然而这并不影响本发明经推广后能够给全部生产淀粉乳的玉米淀粉生产企业实现污水零排放，也不影响本发明可以帮助全行业大幅度降低污水排放的重要意义。

发明内容

(一)技术问题

综上所述，如果要实现玉米淀粉生产过程的零废水排放，必须从生产过程水中取出一部分过程水来进行纯化处理，以获得可满足用于十二级旋流洗涤的水质要求的纯化水(日磨1000吨玉米约需607吨)，用于部分替代新鲜水使用，从而达成生产过程的水平衡，实现玉米淀粉生产过程污水零排放，来解决现有技术中玉米淀粉生产水资源消耗量较大的问题。在选择用于纯化处理的过程水水源问题上，因玉米浸泡水蒸发浓缩过程蒸馏出来的蒸汽凝结水的水质，与其它生产部位的过程水水质相比，其水质最接近十二级旋流洗涤的水质要求，因而本发明纯化方法使用其作为纯化处理的过程水水源。

(二)技术方案

本发明提供了一种过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法，在本发明中，该过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法包括：

步骤一、在玉米淀粉生产过程中取玉米浸泡水蒸发浓缩工序的蒸汽凝结水备用；

步骤二、对所述蒸汽凝结水进行换热冷却到35～45℃；

步骤三、对所述冷却后蒸汽凝结水进行酸碱度调节并使所述蒸汽凝结水的pH值在7.0-8.0；

步骤四、对调节酸碱度后的蒸汽凝结水进行反渗透过滤并获得pH值为7.0-8.0、电导率为30μS/cm-70μS/cm、COD为800mg/L-1200mg/L的纯化水(透过水)，用于玉米淀粉生产中十二级旋流洗涤用新鲜水的部分替代。

优选地，在本发明所提供的过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法中，在所述步骤一中留取的蒸汽凝结水的pH值为2.8-3.5、电导率为150μS/cm-500μS/cm、COD为2800mg/L-3200mg/L。

优选地，在本发明所提供的过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法中，在所述步骤三中，通过往在蒸汽凝结水中加入氢氧化钠水溶液或碳酸钠水溶液中和到pH值为7.0-8.0。

优选地，在本发明所提供的过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法中，在所述步骤四中，调节酸碱度后的蒸汽凝结水进行采用反渗透过滤获得的纯化水，其pH值为7.0-8.0、电导率为30μS/cm-70μS/cm、COD为800mg/L-1200mg/L。

优选地，在本发明所提供的过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法中，在所述步骤四中，采用反渗透提纯得到纯化水后剩余的膜截留浓水的pH值为7.0-8.0、电导率为9500μS/cm-10500μS/cm，COD为38000mg/L-42000mg/L。

优选地，在本发明所提供的过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法中，所述反渗透过滤透过得到的纯化水用于玉米淀粉生产中十二级旋流洗涤工序用新鲜水的部分替代。

优选地，在本发明所提供的过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法中，所述反渗透提纯得到纯化水后剩余的膜截留浓水，与未用来用做纯化水水源的剩余的玉米浸泡水蒸发浓缩工序的蒸汽凝结水合并，仍然用于制酸即制取浸泡玉米用的亚硫酸液。

优选地，在本发明所提供的过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法中，在所述步骤三中采用换热器对蒸汽凝结水进行冷却。

优选地，在本发明所提供的过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法中，在所述步骤四中通过反渗透装置对蒸汽凝结水进行过滤纯化。

优选地，在本发明所提供的过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法中，在所述步骤四中反渗透装置对蒸汽凝结水进行过滤时的压力差在4Bar-10Bar。

优选地，在本发明所提供的过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法中，在所述步骤一中，玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水，是玉米淀粉生产中蒸发器浓缩玉米浸泡水时，收得的加热蒸汽凝结水和二次汽凝结水。

(三)有益效果

玉米淀粉厂每加工1吨玉米生产淀粉乳会排放污水0.6-1.0吨，现有技术必须排放一部分污水以达成水平衡，而经过本发明方法的流程处理，可通过纯化一部分过程水使其获得的纯化水能够部分替代新鲜饮用水，减少新鲜饮用水的充入量，从而无需排放污水即可达成生产过程的水平衡，达到节约水资源和减少排污的双重目的。本发明投入实际生产后，通过过程水纯化套用可实现淀粉生产的零排放，不仅消除了排污，还解决了现有技术中玉米淀粉生产水资源消耗量较大的问题。

本发明以玉米淀粉厂生产过程中的玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水为原料，蒸汽凝结水进行换热冷却到40℃以下，然后蒸汽凝结水调节pH值后进行反渗透净化以得到纯净蒸汽凝结水，此蒸汽凝结水品质接近饮用水的标准，可替代生产中所需新鲜饮用水以实现水资源的循环利用。经过本发明方法处理后得到的回收纯化水完全可以对十二级旋流洗涤用新鲜水进行替代，最终达成玉米淀粉生产零废水排放的目标。

本发明方法之所以是可行并且可以落实实施，正是因为找到一种很好的纯化方法，既能够经济上合算，过程水纯化后得到的纯化水又能够满足十二级旋流洗涤工序洗涤淀粉乳的水质要求。本发明所描述的纯化方法，过程水取水点选择非常合理，纯化流程简洁高效代价低，在保障纯化水水质能够满足要求的同时，经济上也非常合算有所获。本发明人已经进行了中试验证，中试验证获得的纯化水水质较为理想。

有的玉米淀粉生产线，部分或全部生产烘干商品淀粉，其淀粉乳不是全部直接送到淀粉糖车间生产淀粉糖，而是部分或全部经卧式刮刀虹吸离心机离心分离后获得湿淀粉，湿淀粉再经气流烘干获得商品干淀粉。这种情况，湿淀粉带走的水量小于淀粉乳带走的水分，则采用本发明方法只能实现大幅度减排而并不能完全实现零排放，然而这并不影响本发明经推广后能够给全部生产淀粉乳的玉米淀粉生产企业实现污水零排放，也不影响本发明可以帮助全行业大幅度降低污水排放的重要意义。

附图说明

图1示出了本发明实施例中过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法的流程图；

图2为本发明实施例中过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法所使用的系统示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，本发明提供了一种过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法，在本发明中，该过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法中具体包括如下四个步骤：

步骤一、在玉米淀粉生产过程中留取玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水备用；

步骤二、对所述蒸汽凝结水进行换热冷却到35-45℃之间；

步骤三、对所述冷却后蒸汽凝结水进行酸碱度调节并使所述蒸汽凝结水的pH值在7.0-8.0；

步骤四、对调节酸碱度后的蒸汽凝结水进行反渗透过滤并获得pH值为7.0-8.0、电导率为30μS/cm-70μS/cm、COD为800mg/L-1200mg/L的纯化水，用于玉米淀粉生产中十二级旋流洗涤工序用新鲜水的部分替代。

在上述四个步骤中：步骤一需要准备容量较大且干净的容器(例如不锈钢罐等)装盛玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水备用；步骤二则是通过换热冷却的方式获得温度低于40℃的蒸汽凝结水；步骤三实现了蒸汽凝结水的酸碱度调节，可以使用少量碱性材料就能够实现蒸汽凝结水的中和；在步骤四中通过对蒸汽凝结水进行反渗透过滤就可以获得新鲜水的替代产品(即回收反渗透透过纯化水)。本发明通过上述四个步骤，蒸汽凝结水通过降温、酸碱度调节、反渗透过滤等步骤后可以实现新鲜水的替代，反渗透浓水则与未用来用做纯化水水源的剩余的玉米浸泡水蒸发浓缩工序的蒸汽凝结水合并，仍然用于制酸即制取浸泡玉米用的亚硫酸液。

在步骤四中获得了反渗透透过的纯化水以及反渗透截留的浓水，其中，过滤前原料蒸汽凝结水的pH值为2.8-3.5、电导率为150μS/cm-500μS/cm、COD(chemical-oxygen-demand，化学需氧量)为2800mg/L-3200mg/L；反渗透透过的纯化水的7.0-8.0、电导率为30μS/cm-70μS/cm、COD为800mg/L-1200mg/L；反渗透截留的浓水的pH值为7.0-8.0、电导率为9500μS/cm-10500μS/cm，COD为38000mg/L-42000mg/L。

为了满足反渗透装置对蒸汽凝结水的过滤要求，本发明需要先调节蒸汽凝结水的温度和酸碱度，具体地，在所述步骤二中先通过换热器冷却对蒸汽凝结水进行降温，直至温度在35℃-45℃之间，具体可以是35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃，优选为40℃。

具体地，在所述步骤三中，通过往蒸汽凝结水中加入氢氧化钠水溶液或碳酸钠水溶液的方式中和到pH值为7.0-8.0。

由于提前对蒸汽凝结水进行了温度、酸碱度的调节(温度为40℃、酸碱度为7.0-8.0)，是反渗透装置对原料水过滤获得高纯透过水的最佳工艺参数，在所述步骤四中反渗透装置对蒸汽凝结水进行过滤时的压力差在仅为4Bar-10Bar即可获得极好的水质和透过水得水率。

具体地，在本发明的所述步骤一中，玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水，是玉米淀粉生产中通常采用蒸发器浓缩玉米浸泡水时，收得的加热蒸汽凝结水和二次蒸汽凝结水。

本发明以玉米淀粉厂生产过程中的玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水为原料，蒸汽凝结水先通过换热器冷却降温到40℃以下，然后蒸汽凝结水再调节pH值后进行反渗透净化以得到蒸汽凝结水的纯化水，此纯化水品质接近饮用水的标准，可部分替代生产中所需新鲜饮用水以实现水资源的循环利用和生产线的水平衡。

目前，玉米淀粉厂每加工1吨玉米生产淀粉乳会排放污水0.6-1.0吨，现有技术必须排放一部分污水以达成水平衡，而经过本发明流程处理，可通过纯化一部分过程水使其获得的纯化水能够部分替代新鲜饮用水，减少新鲜饮用水的充入量，从而无需排放污水即可达成生产过程的水平衡，达到节约水资源和减少排污的双重目的。本发明投入实际生产后，通过过程水纯化套用可实现淀粉生产的零排放，不仅消除了排污，还解决了现有技术中玉米淀粉生产水资源消耗量较大的问题。

本发明提供了一种过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法，在该方法中，本发明选取水质最接近新鲜水的淀粉生产过程水(即玉米浸泡水蒸发浓缩凝结水)，淀粉生产过程水的纯化处理流程如下：

玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水使用容器盛放备用，然后通过换热器将其换热冷却到40℃以下并进行酸碱度测量，根据酸碱度测量结果对其进行中和，最后将中和后的蒸汽凝结水进行反渗透过滤，至此得到透过的纯化水。

在上述纯化处理流程中，玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水pH(酸碱度)约2.8-3.5，电导率约150μS/cm-500μS/cm，COD约3000mg/L。

玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水是玉米淀粉生产中通常采用蒸发器浓缩玉米浸泡水时，收得的加热蒸汽凝结水和二次蒸汽凝结水，其温度较高，此时可以采用自然冷却的方式使得凝结水降温至40℃(此方法不需要消耗冷却水，但是冷却时间较长)，也可以采用冷却设备实现蒸汽凝结水的快速冷却，或者采用热交换设备在实现凝结水冷却的同时还能够实现热能回收利用。具体地，玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水使用换热器通过循环冷却水的冷却快速降温到40℃。在蒸汽凝结水冷却到40℃后进行反渗透过滤，40℃的水温满足后续反渗透装置的温度要求。

冷却到40℃后的玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水pH约2.8-3.5，需要加入氢氧化钠水溶液或碳酸钠水溶液中和到pH7.0-8.0。

需要说明的是：将玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水由pH约2.8-3.5中和到pH7.0-8.0的耗碱量，远低于将玉米浸泡水由pH约2.8-3.5中和到pH7.0-8.0的耗碱量。其原因在于：玉米浸泡水中含有大量的以乳酸为主的有机酸和亚硫酸，每吨玉米浸泡水中和耗碱量约3.0-6.0Kg(NaOH折干计)。而玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水中则仅含少量的以甲酸和乙酸为主的有机酸和亚硫酸，每吨凝结水中和耗碱量约0.5-1.0Kg(NaOH折干计)。将玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水中和到pH7.0-8.0，与不中和相比，进入后序反渗透装置纯化时，酸的去除率要高至少5倍以上，酸去除率在80-90％之间。

反渗透装置过滤净化是对玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水进行纯化的最后一道工序，由于采取了前序的冷却和中和的预处理工艺，反渗透纯化过程变得非常简单高效，仅施加4-10Bar的压力差，即可获得90-95％的纯化水得水率，而且所得纯化水非常优质，具体表现为：纯化水pH约7.0-8.0，电导率约30-70μS/cm，COD约1000mg/L。纯化水质量完全能够满足用于十二级旋流洗涤的水质要求。玉米浸泡水蒸发浓缩获得的浓水pH7.0-8.0，电导率约10000μS/cm，COD约40000mg/L，反渗透浓水则与未用来用做纯化水水源的剩余的玉米浸泡水蒸发浓缩工序的蒸汽凝结水合并，仍然用于制酸即制取浸泡玉米用的亚硫酸液。

在现有技术中，行业内曾经有过很多技术人员尝试利用反渗透装置来纯化玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸汽凝结水，由于没有采用本发明所述预处理手段，最终因为有机酸的高透过率导致纯化水PH无法提升到中性，并且无法消除其浓重的煮玉米水气味和酸性味道，所以最终无法用于实现十二级旋流洗涤新鲜水的部分替代。

关于上述的过程水纯化套用实现玉米淀粉生产零废水排放方法，本发明于2023年6月进行了纯化过程实际中试验证。

于2023年06月27日，在玉米淀粉生产车间取了蒸发冷凝水(对玉米浸泡水蒸发后获得蒸发蒸汽凝结水)、卧式刮刀离心机甩出水和玉米浸泡水各10L，首先检测其几个相关参数，以比较选择哪一个生产环节的过程水最适合用做制取纯化水的原料用水，检测结果如下表1所示：

表1

显然，玉米浸泡水的电导率和干物含量都偏高，不合适用做纯化水水源。然后分别对蒸发冷凝水和刮刀甩出水做碱中和实验：

称取分析纯氢氧化钠1g，加水溶解并至100g，摇匀备用。

用量筒分别量取蒸发冷凝水和刮刀甩出水各100mL，用配好的氢氧化钠溶液调整pH，记录消耗的氢氧化钠溶液体积数，每个样品均检测两次，结果如下表2和表3所示：

表2

表3

蒸发冷凝水的中和耗碱量和电导率均低于刮刀甩出水，而且刮刀甩出水中含少量悬浮淀粉，虽经沉淀仍然无法完全澄明，所以用做纯化水水源的最佳是蒸发冷凝水。然后再进行蒸发冷凝水的纯化中试试验：

玉米淀粉生产车间取玉米浸泡水蒸发浓缩的蒸发冷凝水约500L，自然冷却到40℃运行，先进行电导率和PH检测。取蒸发冷凝水原液分两份进行检测，如下表4所示。

表4

然后进行酸碱性调节，称取分析纯氢氧化钠140g，加7000mL水溶解摇匀备用。用磅秤称取蒸发冷凝水100kg，用配好的氢氧化钠溶液调整pH，记录消耗的氢氧化钠溶液体积数，结果如下表5所示(PH6.98跳到7.52仅耗碱一滴)：

表5

然后根据上表中和耗碱量数据指导，分别调制出pH约5.5、6.0、6.5、7.5进蒸发汽凝水各100L进行反渗透纯化中试验证，验证结果如下表6所示：

表6

用碱中和到7.0或7.5的蒸发汽凝水，经反渗透纯化后，得水率均大于90％且pH中性；电导率均小于20μS/cm；送检测COD均小于1000，甲酸乙酸含量均<10ppm；品尝其口味皆无异味，仅远低于淀粉乳的微弱煮玉米水味。完全能够满足十二级旋流洗涤的水质要求。

在本发明中，通过上述工艺流程的设计，可以完美地解决反渗透有机酸高透过率的问题。在本发明中通过该工艺流程处理而获得的纯化水PH提升到了7.0-8.0，且煮玉米水气味远弱于正常生产的成品淀粉乳，完全可以对十二级旋流洗涤用新鲜水的实现替代，最终达成玉米淀粉生产零废水排放的目标。本发明方法简单高效，纯化过程水获取高质量纯化水的代价较低，在当前氢氧化钠市场价格1.2元/Kg(折干计)、电价约0.7元/度的情况下，获得吨纯化水的代价低于3元(含碱消耗、电费和膜更换消耗摊销)，远小于当前行业大部分工厂吨废水排放算上原水费用、治理费用和排污费接近或超过10元的代价。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。